一种垃圾热解发电系统蒸汽负荷的控制系统
技术领域
本实用新型属于垃圾热解技术领域，具体涉及一种垃圾热解发电系统蒸汽负荷的控制系统。
背景技术
目前火力发电系统原理为将化学能转换为高温高压蒸汽，通过汽轮机带动发电机组发电，而发电机组的发电负荷通过调整蒸汽机及发电机组的工作来调整发电负荷，同时发电负荷的调节与用电负荷保持一致。
垃圾热解发电工艺蒸汽负荷的调节，不仅要求蒸汽负荷的稳定调节，同时实现垃圾热解的过程的连续稳定。垃圾热解发电工艺系统则是通过固体热载体炉将固体热载体加热至600～850℃，然后与有机垃圾在热解单元中充分绝氧混合发生热解反应，产生可燃热解气和剩余残炭。热解气通过净化系统净化后在固体热载体炉中进行燃烧，产生的高温烟气(850～1100℃)通过余热回收锅炉加热饱和蒸汽从而实现蒸汽发电的工艺。垃圾热解发电工艺系统相比焚烧发电工艺更加复杂、发电效率更高、排放指标更优，并且整个过程不产生二噁英。
垃圾发电市场目前主流为通过垃圾焚烧，即将垃圾简单处理后输送至垃圾焚烧炉或焚烧装置，通过高温烟气与余热锅炉换热将产生的蒸汽提升至高温高压过热蒸汽发电。垃圾焚烧发电工艺的蒸汽量的压力温度调节通过根据垃圾热值调整输送量，同时比例调节风量、通过氧量二次修正风量，从而实现对高温烟气温度和流量的调节，从而实现蒸汽压力温度的调节。垃圾焚烧发电工艺的蒸汽调节不能实现对垃圾热解工艺及固体热载体循环系统的良好调节和修正。
为保证垃圾热解发电系统的稳定运行，必须研发一套可靠、稳定的蒸汽负荷调节系统以满足垃圾热解工艺蒸汽发电系统的需求，又要保证垃圾热解系统的稳定运行，通过调整垃圾进料单元、返料单元、固体热载体炉热解气燃烧负荷、除盐水泵等实现垃圾热解工艺的蒸汽负荷调节。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种垃圾热解发电系统蒸汽负荷的控制系统，既满足蒸汽发电系统的高温高压蒸汽需求，又适用于垃圾热解流程的系统特点。
为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
一种垃圾热解发电系统蒸汽负荷的控制系统，包括控制器、垃圾进料单元、电机变频器、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器、返料单元电机变频器、热解单元、固体热载体炉单元、风室、水冷壁、烟气除尘、蒸汽过热器、热解气缓存、底部燃烧器、侧部燃烧器；控制器与垃圾进料单元电机变频器、返料单元电机变频器、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器连接；垃圾进料单元与热解单元连接；返料单元与热解单元、固体热载体炉连接；风室与固体热载体炉连接；烟气除尘与热解单元、固体热载体炉、蒸汽过热器连接；水冷壁与除盐水泵、固体热载体炉连接；底部热解气燃烧控制调节阀与底部燃烧器、热解气缓存和热解单元连接；侧部热解气燃烧控制调节阀与侧部燃烧器、热解气缓存和热解单元连接。
垃圾进料机单元将垃圾输送至热解单元，同时烟气除尘将高温固体热载体输送至热解单元，垃圾与高温固体热载体发生热解反应，产生热解气和残炭；其中热解气进入热解气缓存并最终在固体热载体炉单元底部燃烧器和侧部燃烧器燃烧，残炭和固体热载体通过返料单元输送至固体热载体炉单元进行燃烧和加热循环；固体热载体炉单元外壁为水冷壁，水冷壁产生饱和蒸汽；固体热载体炉单元产生的高温烟气经过烟气除尘后进入蒸汽过热器对饱和蒸汽进行二次加热产生高温高压过热蒸汽；高温高压过热蒸汽满足条件后进入发电单元。
所述的蒸汽过热器蒸汽管线设置蒸汽压力测点PT1和蒸汽流量测点FT1、固体热载体炉炉膛温度测点TT1、水冷壁水液位测点LT1信号接入控制器。
所述的控制器控制垃圾进料单元的电机变频器、返料单元的电机变频器、底部燃烧控制的燃气调节阀FV1、侧部燃烧控制的燃气调节阀FV2、除盐水泵的电机变频器、蒸汽过热器出口蒸汽流量调节阀FV3。
控制回路包括进料量回路控制、返料量回路控制、底部燃烧负荷控制、侧部燃烧负荷控制、水液位回路控制、炉膛温度回路控制、蒸汽压力回路控制、蒸汽流量回路控制。
控制方法如下：
1)通过调节垃圾进料单元电机变频器的频率调节垃圾进料量；
2)通过调节返料单元返料电机变频器的频率调节返料量，在返料量增加的工况下固体热载体和残炭输送至固体热载体的流量将增加，此时通过开大燃烧控制的燃料调节阀FV1和FV2增加底部和侧部热解气燃烧负荷从而实现固体热载体的循环量的增加和炉膛温度的升高；在返料量降低的工况下则通过关小燃烧控制的燃料调节阀FV1和FV2降低底部热解气燃烧负荷和侧部热解气负荷从而实现固体热载体的循环量的降低和炉膛温度的降低；
3)通过调节除盐水水泵电机变频器的频率调节水冷壁液位，增加电机频率则水冷壁液位提高，饱和蒸汽产生量增加，降低电机频率则水冷壁液位降低，换热面积降低，饱和蒸汽产生量降低；炉膛温度TT1越高则饱和蒸汽产生量越高，炉膛温度TT1越低饱和蒸汽产生量越低；
4)固体热载体炉燃烧产生的高温烟气通过蒸汽过热器对饱和蒸汽进行二次加热，蒸汽压力作为主回路调节，蒸汽流量作为副回路调节；当蒸汽压力低时，设置蒸汽流量调节阀FV3最低发电单元负荷开度，通过步骤1)增加垃圾进料量，同时通过步骤2)和3)增加返料量、热解气燃烧负荷、水冷壁液位，当蒸汽压力达到额定值并继续上涨时，增大蒸汽流量以稳定蒸汽压力，实现蒸汽压力和流量的回路负荷增加；当蒸汽压力高并且蒸汽流量达到或超过额定值需降低蒸汽回路负荷时，通过步骤1)降低垃圾进料量，同时通过步骤2)和步骤3)降低返料量、热解气燃烧负荷和水冷壁液位，蒸汽压力降低到额定值以下时，通过关小蒸汽流量调节阀FV3稳定蒸汽压力；当蒸汽压力和蒸汽流量处于额定范围内时不进行调节或进行微调。
本实用新型所取得的有益效果为：
本实用新型控制系统包括控制器、垃圾进料单元电机变频器、底部燃烧控制调节阀、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器、返料单元电机变频器、热解单元、固体热载体单元、风室、水冷壁、烟气除尘、蒸汽过热器、热解气缓存、底部燃烧器和侧部燃烧器，系统调节过程通过以调节蒸汽压力为主回路，蒸汽流量作为副回路进行被动调节的方式，通过调节垃圾进料单元电机变频器频率、返料单元电机变频器频率，并在调节控制固体热载体炉热解气燃烧负荷燃料调节阀、除盐水泵电机变频器频率的配合下，能很好的实现垃圾热解发电系统的蒸汽压力和流量的负荷调节，同时调整垃圾进料单元电机变频器频率和返料单元电机变频器频率的同时，调整热载体循环量，能稳定的实现生活垃圾的完全热解。
附图说明
图1为本实用新型系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型所述垃圾热解发电系统蒸汽负荷的控制系统包括控制器、垃圾进料单元电机变频器、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器、返料单元电机变频器、热解单元、固体热载体炉单元、风室、水冷壁、烟气除尘、蒸汽过热器、热解气缓存、底部燃烧器、侧部燃烧器；控制器与垃圾进料单元电机变频器、返料单元电机变频器、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器连接；垃圾进料单元与热解单元连接；返料单元与热解单元、固体热载体炉连接；风室与固体热载体炉连接；烟气除尘与热解单元、固体热载体炉、蒸汽过热器连接；水冷壁与除盐水泵、固体热载体炉连接；底部热解气燃烧控制调节阀与底部燃烧器、热解气缓存和热解单元连接；侧部热解气燃烧控制调节阀与侧部燃烧器、热解气缓存和热解单元连接。
垃圾进料机单元将垃圾输送至热解单元，同时烟气除尘将高温固体热载体输送至热解单元，垃圾与高温固体热载体发生热解反应，产生热解气和残炭；其中热解气进入热解气缓存并最终在固体热载体炉单元底部燃烧器和侧部燃烧器燃烧，残炭和固体热载体通过返料单元输送至固体热载体炉单元进行燃烧和加热循环；固体热载体炉单元外壁为水冷壁，水冷壁产生饱和蒸汽；固体热载体炉单元产生的高温烟气经过烟气除尘后进入蒸汽过热器对饱和蒸汽进行二次加热加压产生高温高压过热蒸汽；高温高压过热蒸汽满足条件后进入发电单元。
蒸汽过热器蒸汽管线设置蒸汽压力测点PT1和蒸汽流量测点FT1、固体热载体炉炉膛温度测点TT1、水冷壁水液位测点LT1信号接入控制器。
控制器控制垃圾进料单元的电机变频器、返料单元的电机变频器、底部燃烧控制的燃气调节阀FV1、侧部燃烧控制的燃气调节阀FV2、除盐水泵的电机变频器、蒸汽过热器出口蒸汽流量调节阀FV3。
垃圾热解蒸汽发电系统控制回路包括进料量回路控制、返料量回路控制、底部燃烧负荷控制、侧部燃烧负荷控制、水液位回路控制、炉膛温度回路控制、蒸汽压力回路控制、蒸汽流量回路控制。
控制方法如下：
1)通过调节垃圾进料单元电机变频器的频率调节垃圾进料量；
2)通过调节返料单元返料电机变频器的频率调节返料量，在返料量增加的工况下固体热载体和残炭输送至固体热载体的流量将增加，此时通过开大燃烧控制的燃料调节阀FV1和FV2增加底部和侧部热解气燃烧负荷从而实现固体热载体的循环量的增加和炉膛温度的升高；在返料量降低的工况下则通过关小燃烧控制的燃料调节阀FV1和FV2降低底部热解气燃烧负荷和侧部热解气负荷从而实现固体热载体的循环量的降低和炉膛温度的降低；
3)通过调节除盐水水泵电机变频器频率调节水冷壁液位，增加电机频率则水冷壁液位提高，饱和蒸汽产生量增加，降低电机频率则水冷壁液位降低，换热面积降低，饱和蒸汽产生量降低；炉膛温度TT1越高则饱和蒸汽产生量越高，炉膛温度TT1越低饱和蒸汽产生量越低；
4)固体热载体炉燃烧产生的高温烟气通过蒸汽过热器对饱和蒸汽进行二次加热，蒸汽压力作为主回路调节，蒸汽流量作为副回路调节。当蒸汽压力低时，设置蒸汽流量调节阀FV3最低发电单元负荷开度，通过步骤1)增加垃圾进料量，同时通过步骤2)和3)增加返料量、热解气燃烧负荷、水冷壁液位，当蒸汽压力达到额定值并继续上涨时，增大蒸汽流量以稳定蒸汽压力，实现蒸汽压力和流量的回路负荷增加；当蒸汽压力高并且蒸汽流量达到或超过额定值需降低蒸汽回路负荷时，通过步骤1)降低垃圾进料量，同时通过步骤2)和步骤3)降低返料量、热解气燃烧负荷和水冷壁液位，蒸汽压力降低到额定值以下时，通过关小蒸汽流量调节阀FV3稳定蒸汽压力；当蒸汽压力和蒸汽流量处于额定范围内时不进行调节或进行微调。
固体热载体炉水冷壁产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过蒸汽过热器与固体热载体炉单元产生的高温烟气换热后产生高温高压过热蒸汽，以满足蒸汽发电单元需求。蒸汽压力和流量不能进行单独快速调节，因此调节方式为蒸汽压力为主调节回路，蒸汽流量为副调节回路，蒸汽流量根据蒸汽压力调节后的结果进行被动调节，垃圾热解蒸汽发电系统的蒸汽负荷调节为系统调节，具有复杂性、联动性和滞后性，具体控制方式如下：
1)垃圾热解工艺要求垃圾进料单元进料量与高温固体热载体循环量匹配，以产生稳定的热解气和残炭，垃圾热解负荷调节则为增大垃圾进料量，则相应的增大返料量和固体热载体炉热解气燃烧负荷；减少垃圾热解负荷则同时减少垃圾进料量、返料量和固体热载体炉热解气燃烧负荷；
2)固体热载体炉炉膛温度TT1与固体热载体炉热解气负荷和返料量(返料中含有残炭)相关，热解气负荷越大，返料量越大，则炉膛温度TT1越高；反之则越低；
3)饱和蒸汽产生量与固体热载体炉水冷壁液位LT1和炉膛温度TT1相关，水冷壁液位LT1和炉膛温度TT1越高，则一次蒸汽产生量越高；反之则越低；
4)高温高压过热蒸汽的压力PT1和流量FT1与饱和蒸汽产生量和固体热载体炉负荷相关，饱和蒸汽产生量越高，固体热载体炉热解气燃烧负荷和返料量越高，则高温高压蒸汽的压力PT1和流量FT1越高；反之则越低；
5)根据1)、2)、3)、4)所述，垃圾热解蒸汽发电系统蒸汽负荷增大的调节顺序为：增加垃圾进料单元电机变频器频率→增大返料单元电机变频器频率→开大固体热载体炉单元底部和侧部热解气燃烧调节阀FV1和FV2→增大除盐水泵电机变频器频率→蒸汽压力上升后增大蒸汽流量调节阀FV3；垃圾热解蒸汽发电系统蒸汽负荷降低的调节顺序为：降低垃圾进料单元电机变频器频率→降低返料单元电机变频器频率→关小固体热载体炉单元热解气燃烧负荷调节阀FV1和FV2→降低除盐水泵电机变频器频率→蒸汽压力下降后关小蒸汽流量调节阀FV3。
一种垃圾热解发电系统蒸汽负荷的控制系统，包括控制器、垃圾进料单元、电机变频器、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器、返料单元电机变频器、热解单元、固体热载体炉单元、风室、水冷壁、烟气除尘、蒸汽过热器、热解气缓存、底部燃烧器、侧部燃烧器；控制器与垃圾进料单元电机变频器、返料单元电机变频器、底部燃烧控制调节阀、侧部燃烧控制调节阀、蒸汽流量调节阀、除盐水泵电机变频器连接；垃圾进料单元与热解单元连接；返料单元与热解单元、固体热载体炉连接；风室与固体热载体炉连接；烟气除尘与热解单元、固体热载体炉、蒸汽过热器连接；水冷壁与除盐水泵、固体热载体炉连接；底部热解气燃烧控制调节阀与底部燃烧器、热解气缓存和热解单元连接；侧部热解气燃烧控制调节阀与侧部燃烧器、热解气缓存和热解单元连接。
垃圾进料机单元将垃圾输送至热解单元，同时烟气除尘将高温固体热载体输送至热解单元，垃圾与高温固体热载体发生热解反应，产生热解气和残炭；其中热解气进入热解气缓存并最终在固体热载体炉单元底部燃烧器和侧部燃烧器燃烧，残炭和固体热载体通过返料单元输送至固体热载体炉单元进行燃烧和加热循环；固体热载体炉单元外壁为水冷壁，水冷壁产生饱和蒸汽；固体热载体炉单元产生的高温烟气经过烟气除尘后进入蒸汽过热器对饱和蒸汽进行二次加热产生高温高压过热蒸汽；高温高压过热蒸汽满足条件后进入发电单元。
所述的蒸汽过热器蒸汽管线设置蒸汽压力测点PT1和蒸汽流量测点FT1、固体热载体炉炉膛温度测点TT1、水冷壁水液位测点LT1信号接入控制器。
所述的控制器控制垃圾进料单元的电机变频器、返料单元的电机变频器、底部燃烧控制的燃气调节阀FV1、侧部燃烧控制的燃气调节阀FV2、除盐水泵的电机变频器、蒸汽过热器出口蒸汽流量调节阀FV3。
控制回路包括进料量回路控制、返料量回路控制、底部燃烧负荷控制、侧部燃烧负荷控制、水液位回路控制、炉膛温度回路控制、蒸汽压力回路控制、蒸汽流量回路控制。
控制方法如下：
1)通过调节垃圾进料单元电机变频器的频率调节垃圾进料量；
2)通过调节返料单元返料电机变频器的频率调节返料量，在返料量增加的工况下固体热载体和残炭输送至固体热载体的流量将增加，此时通过开大燃烧控制的燃料调节阀FV1和FV2增加底部和侧部热解气燃烧负荷从而实现固体热载体的循环量的增加和炉膛温度的升高；在返料量降低的工况下则通过关小燃烧控制的燃料调节阀FV1和FV2降低底部热解气燃烧负荷和侧部热解气负荷从而实现固体热载体的循环量的降低和炉膛温度的降低；
3)通过调节除盐水水泵电机变频器的频率调节水冷壁液位，增加电机频率则水冷壁液位提高，饱和蒸汽产生量增加，降低电机频率则水冷壁液位降低，换热面积降低，饱和蒸汽产生量降低；炉膛温度TT1越高则饱和蒸汽产生量越高，炉膛温度TT1越低饱和蒸汽产生量越低；
4)固体热载体炉燃烧产生的高温烟气通过蒸汽过热器对饱和蒸汽进行二次加热，蒸汽压力作为主回路调节，蒸汽流量作为副回路调节；当蒸汽压力低时，设置蒸汽流量调节阀FV3最低发电单元负荷开度，通过步骤1)增加垃圾进料量，同时通过步骤2)和3)增加返料量、热解气燃烧负荷、水冷壁液位，当蒸汽压力达到额定值并继续上涨时，增大蒸汽流量以稳定蒸汽压力，实现蒸汽压力和流量的回路负荷增加；当蒸汽压力高并且蒸汽流量达到或超过额定值需降低蒸汽回路负荷时，通过步骤1)降低垃圾进料量，同时通过步骤2)和步骤3)降低返料量、热解气燃烧负荷和水冷壁液位，蒸汽压力降低到额定值以下时，通过关小蒸汽流量调节阀FV3稳定蒸汽压力；当蒸汽压力和蒸汽流量处于额定范围内时不进行调节或进行微调。
